Арахнавты: NASA отправляет пауков в космос для проведения экспериментов — вот что они обнаружили
Люди уже не раз отправляли пауков в космос, чтобы изучить значение гравитации для создания паутины. Изначально неудачный пиар-эксперимент для школьников привел к неожиданному открытию, что свет играет более важную роль в ориентации арахнидов, чем считалось ранее.
Эксперимент с пауками, проведенный американским космическим агентством NASA, — это урок того, как досадные неудачи и счастливые случайности иногда приводят к неожиданным научным открытиям. Вопрос был достаточно прост: на Земле пауки строят асимметричные паутины со смещенным к верхнему краю центром. Во время отдыха пауки сидят головой вниз, так как в направлении силы тяжести они могут быстрее двигаться к свежепойманной добыче.
Но что делают арахниды в невесомости? В 2008 году NASA хотело вдохновить средние школы США на этот эксперимент. Но несмотря на простоту вопроса, планирование и проведение эксперимента в космосе оказалось чрезвычайно сложным. Это привело к ряду казусов.
На Международную космическую станцию (МКС) в качестве «арахнавтов» прилетели два экземпляра разных видов пауков: один (Metepeira labyrinthea) — в качестве ведущего, а второй (Larinioides patagiatus) — в качестве резервного на случай, если первый не выживет.
Образец паука вида Trichonephila clavipes на борту международной космической станции МКС. Credit: BioServe Space Technologies, University of Colorado Boulder
Резервный паук сбежал
Резервному пауку удалось вырваться из камеры хранения и попасть в основную камеру. Открыть камеру было нельзя из соображений безопасности, поэтому отловить запасного паука не удалось. Оба паука плели несколько беспорядочную паутину, мешая друг другу.
И если этого было недостаточно, то мухи, включенные в качестве пищи, размножались быстрее, чем ожидалось. Со временем их личинки выползли из контейнера для размножения на полу корпуса в экспериментальную камеру и через две недели покрыли значительную часть переднего стекла. Через месяц пауков уже не было видно за личинками мух.
Эта неудача долгое время не давала покоя Поле Кушинг из Денверского музея природы и науки, которая участвовала в планировании эксперимента с пауком. Когда в 2011 г. вновь появилась возможность провести аналогичный эксперимент на борту МКС, исследовательница привлекла к подготовке и анализу новой попытки доктора Самуэля Цшокке (Samuel Zschokke) из Базельского университета. На этот раз в эксперименте участвовали четыре паука одного вида (Trichonephila clavipes): два прилетели на МКС в отдельных биотопах, два остались на Земле в отдельных биотопах и содержались и наблюдались в тех же условиях, что и их собратья в космосе, за исключением того, что они подвергались земной гравитации.
Самки оказались самцами
Первоначально планировалось использовать четырех самок. Но произошел еще один казус: пауков для эксперимента пришлось отбирать в молодом возрасте, а определить пол ювенильных животных крайне сложно. В ходе эксперимента два паука оказались самцами, которые по строению тела и размерам заметно отличаются от самок этого вида в зрелом возрасте. Но, наконец, случилась удача — один из самцов оказался на борту космической станции, другой — на Земле.
Арахниды плели паутину, разбирали ее и плели новую. Три камеры в каждом случае делали снимки каждые пять минут. Зшокке, Кушинг и Стефани Кантриман из компании BioServe Space Technologies при Университете Колорадо, которая руководила разработкой и запуском на Международную космическую станцию сертифицированных для космических полетов мест обитания пауков, личинок плодовых мушек и системы камер, проанализировали симметрию 100 паутинных сетей и ориентацию паука в сети, используя около 14 500 изображений.
Оказалось, что паутины, созданные в условиях невесомости, действительно более симметричны, чем те, которые плетутся на Земле. Их центр располагался ближе к середине, а пауки не всегда держались головой вниз. Однако исследователи заметили, что есть разница в том, где пауки строили свои паутины — при свете ламп или в темноте. Паутины, построенные на МКС при свете ламп, были такими же асимметричными, как и наземные.
Свет как резервная система
«Мы и предположить не могли, что свет будет играть роль в ориентации пауков в пространстве», — говорит Зшокке, который проанализировал эксперимент с пауками и опубликовал результаты вместе с коллегами в журнале Science of Nature . «Нам очень повезло, что лампы были прикреплены в верхней части камеры, а не с разных сторон. В противном случае мы не смогли бы обнаружить влияние света на симметрию паутины в условиях невесомости».
Анализ фотографий также показал, что при выключенном свете пауки покоились в своих паутинах в произвольной ориентации, а при включенном — ориентировались в сторону, т.е. вниз. По-видимому, пауки используют свет в качестве дополнительного средства ориентации при отсутствии гравитации. Поскольку пауки строят свои паутины в темноте и могут ловить добычу без света, ранее считалось, что свет не играет никакой роли в их ориентации.
«То, что у пауков есть резервная система ориентации, кажется удивительным, поскольку в ходе своей эволюции они никогда не сталкивались со средой без гравитации», — говорит Зшокке. С другой стороны, по его словам, чувство положения паука может сбиться во время создания паутины. Орган, отвечающий за это чувство, регистрирует относительное положение передней части тела по отношению к задней. Во время строительства паутины обе части тела находятся в постоянном движении, поэтому дополнительная помощь в ориентации, основанная на направлении света, особенно полезна.
Справка: «Spiders in space-orb-web-related behavior in zero gravity» Samuel Zschokke, Stefanie Countryman and Paula E. Cushing, 3 декабря 2020 г., Science of Nature . DOI: 10.1007/s00114-020-01708-8
